DE102015108049A1 - Bremsbelag bei Scheibenbremsen, insbesondere von Fahrzeugen, mit Nutausbildung im Reibbelag - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag bei Scheibenbremsen, insbesondere von Fahrzeugen, mit einer Nutausbildung im Reibbelag.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag bei Scheibenbremsen, insbesondere von Fahrzeugen, mit einer Nutausbildung im Reibbelag.
• Eine derartige Nutausbildung bei Reibbelägen ist aus der DE 40 36 908 A1 bekannt. Dabei ist mindestens eine Nut derart in einer dem Reibpartner zugewandten Belagoberfläche des Bremsbelages ausgebildet, dass sie sich ausgehend von der Vorderkante des Reibbelages in Drehrichtung des Reibpartners stetig verjüngt, wobei die Nutlänge 30 % bis 60 % der Belagbreite und die maximale Nuttiefe etwa 2/3 der Reibbelagdicke betragen. Die Nut kann einen Winkel zwischen 75° und 105° zum Radius bzw. Axialschnitt des Reibpartners bilden. Der Verlauf der Nut kann vertikal, diagonal oder gekrümmt sein.
• Nachteilig bei diesen bekannten Reibbelägen ist, dass unerwünschte Restmomente nicht vermieden werden können. Restmomente entstehen dadurch, dass die Bremse nach Beendigung des Bremsvorganges nicht komplett lüftet, das heißt die Bremsbeläge auf Grund der Reibung innerhalb der Führung der Bremse bei Faustsattelbremsen, bzw. durch die Reibung der Beläge in der Führung des Bremsenhalters nicht komplett freigestellt werden. Dies führt zu einem die Restmomente verursachenden Kontakt zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe. Restmomente können bei ungenuteten, wie auch bei konventionell genuteten Belägen auftreten.
• Selbst wenn die Beläge gut freigestellt werden, kann aufgrund von aerodynamischen Effekten bei Geschwindigkeiten des Fahrzeuges über 120km/h ein „Ansaugen“ der Beläge durch die Bremsscheibe erfolgen, was ebenfalls zu signifikanten Restmomenten im ungebremsten Zustand führt. Ein Restmoment von etwa 1Nm, anliegend an allen 4 Rädern, kann zu einer zusätzlichen CO₂ Emission von bis zu 2g führen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Bremsbelag mit den Merkmalen der eingangs genannten Art ein unerwünschtes Restmoment auf die Bremsscheibe zu vermeiden und dadurch eine Kraftstoff- bzw. CO₂-Einsparung, insbesondere bei Kraftfahrzeugen zu erreichen.
• Zur Lösung der Aufgabe wird ein Bremsbelag mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und der Figuren.
• Der Bremsbelag weist einen Reibbelag mit mindestens einer auf der dem Reibpartner, insbesondere einer Bremsscheibe, zugewandten Belagoberfläche ausgebildeten Nut auf. Erfindungsgemäß erstreckt sich die Nut in Drehrichtung des Reibpartners von der Einlaufseite des Reibbelages bis zur Auslaufseite über die Belagoberfläche. Dabei variiert die Nuttiefe von der Einlaufseite zur Auslaufseite des Reibbelags. Durch eine derartige Nutausbildung lassen sich Luft-Strömungsverhältnisse aufgrund der Rotation der Bremsscheiben nutzen, um die Bremsbeläge nach außen zu drücken und somit freizustellen und damit die Restmomente zu verringern.
• Dass sich die Nut über die gesamte Belagoberfläche erstreckt, bewirkt, dass dadurch beim Lösen der Bremse und somit bei Bewegung des Kraftfahrzeuges eine axiale Kraft gleichmäßiger wirkt, welche den Reibbelag von der Bremsscheibe wegdrückt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich der Bremsbelag von der Bremsscheibe, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, bei denen sich Restmomente auf die CO₂ Emission stark bemerkbar machen, stets löst. Es kommt nicht zu einem Verkanten des Belages, das heißt der Bremsbelag liegt nicht noch mit einer Kante an der Bremsscheibe an, was ebenfalls das Auftreten von Restmomenten reduziert. Der Bremsbelag wird beim Lösen der Bremse in eine Position bewegt, in der kein Kontakt zwischen Reibbelag und Bremsscheibe erfolgt, so dass im Ergebnis kein unerwünschtes Restmoment auf die Bremsscheibe wirkt. Dadurch wird das Restmoment verringert und der Kraftstoff- bzw. CO₂-Verbrauch eines Kraftfahrzeuges reduziert.
• Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Nuttiefe von der Einlaufseite zur Auslaufseite des Reibbelags, vorzugsweise stetig, verringert. Dadurch werden die Luft-Strömungsverhältnisse nochmals verbessert und die Restmomente weiter verringert.
• Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung reicht die Nuttiefe an der Einlaufseite bis nah an eine Trägerplatte des Bremsbelages, vorzugsweise unter Einhaltung eines Abstandes von minimal ca. 2–3 mm zur Trägerplatte. Dadurch sind bei Einhaltung der Verschleißgrenze des Bremsbelages gleichzeitig auch ein Korrosionsschutz der Trägerplatte und Schutz vor Ablöseeffekten des Bremsbelages von der Trägerplatte gegeben.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nuttiefe zur Auflaufseite mit der Belagoberfläche ausläuft. Dadurch ist es möglich, den Luftkisseneffekt noch zu verstärken und damit die Restmomente zu verringern. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, die CO₂-Emission und den Kraftstoffverbrauch bei Kraftfahrzeugen zu reduzieren.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Nut diagonal oder horizontal oder kreissegmentförmig von der Einlaufseite bis zur Auslaufseite über die Belagoberfläche erstreckt. Durch diese Ausbildungen der Nut ist erreicht, die Luft-Strömungsverhältnisse optimal zu nutzen, um die Bremsbeläge nach außen zu drücken. Dadurch lassen sich die Restmomente weiter verringern. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nutbreite von der Einlaufseite bis zur Auslaufseite variiert.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nutbreite von der Einlaufseite bis zur Auslaufseite, vorzugsweise stetig, abnimmt. Eine Verjüngung der Nutbreite ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da sich dadurch ein größerer Luftstaudruck aufbauen kann. Je höher dieser Luftstaudruck ist, desto größer ist die axiale Kraft, die den Bremsbelag von der Bremsscheibe wegdrückt.
• Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Nut einen V-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt auf. Durch den Belagverschleiss wird die Nutbreite einer Nut mit V-förmigem oder U-förmigem Querschnitt geringer. Dies wird dadurch kompensiert, dass bei Belagverschleiss die Kompressibilität des Bremsbelages abnimmt, was in Folge von Bremsungen mit hohen Bremskräften die Restkräfte und somit die Restmomente verringert.
• Insbesondere bei Bremsungen mit hohen Bremskräften, beispielsweise bei Vollbremsungen, wird das komplette Bremssystem inklusive Bremsbelag axial stark verformt. Dichtungsgummis im Bremskolben, welche die Rückstellung gewährleisten sollen, rutschen nach. Dadurch wird im Extremfall eine Belagfreistellung nicht mehr gewährleistet. Dieser Effekt ist bei Neubelägen stärker ausgeprägt als bei verschlissenen und damit weicheren Belägen, da die Kompressibilität höher ist. Verschlissene Beläge werden sich bei identischer Bremskraft daher nicht so stark axial verformen. Dadurch wird die Belagfreistellung durch die Nutausbildung vereinfacht. Die Nut ist durch den V- oder U-förmigen Querschnitt vorteilhaft an diese Bedingungen angepasst.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nut auf der dem Reibpartner zugewandten Belagoberfläche des kolbenseitigen Bremsbelages und/oder auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite einer Faustsattelbremse angeordnet ist.
• Bei Faustsattelbremsen bringt ein Bremskolben eine axiale Bremskraft auf. Ein innerer Bremsbelag wird durch den Bremskolben und ein äußerer Bremsbelag wird durch einen beweglichen Sattel an den Reibpartner, beispielsweise eine Bremsscheibe, gedrückt. Der äußere Bremsbelag wird durch die Reaktionskraft, welche durch die Bremsenfaust aufgebracht wird, mit der gleichen axialen Kraft wie der innere Bremsbelag an die Bremsscheibe gedrückt. Der innere Bremsbelag kann sich daher eher freistellen, das heißt von der Bremsscheibe lösen. Dadurch werden die Restkraft und damit das Restmoment verringert. Der äußere Belag hat mehr Restkraft und somit Restmoment, da die Führung der Bremsenfaust Reibung aufweist, was eine Freistellung erschwert. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Nut auf dem äußeren Bremsbelag anzubringen. Im Sinne der Erfindung und zur Verstärkung der Freistellungseffekte ist es ebenfalls denkbar, die Nut auf dem äußeren und inneren Bremsbelag anzuordnen.
• Es ist aber ebenfalls möglich, die Nut auf der Innenseite des Belags oder beidseitig anzuordnen.
• Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
• Es zeigen:
• 1a–c eine perspektivische Darstellung des Bremsbelages mit einer sich vollständig über die Belagoberfläche erstreckenden horizontalen Nutausbildung in seitlichen Ansichten und einer Ansicht von oben,
• 2a–c eine Darstellung gemäß 1, jedoch mit einer diagonalen Nutausbildung,
• 3a–c eine Darstellung gemäß 1, jedoch mit einer kreissegmentförmigen Nutausbildung,
• 4 eine perspektivische Darstellung des Bremsbelages mit horizontaler Nutausbildung und gleichbleibender Nutbreite und
• 5 eine perspektivische Darstellung einer Faustsattelbremse mit horizontaler Nutausbildung.
• Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt einen Bremsbelag mit einer Bremsbelagträgerplatte 9 und einem darauf angeordneten Reibbelag 3. Der Reibbelag 3 weist eine auf der einem Reibpartner, insbesondere einer Bremsscheibe, zugewandten Belagoberfläche 2 ausgebildete Nut 1 auf.
• Wie aus 1a zu erkennen ist, erstreckt sich diese Nut 1 etwa horizontal über die Belagoberfläche 2 von einer Einlaufseite 4 des Reibbelages 3 bis zu einer Auslaufseite 5. Die Nuttiefe 14 variiert, vorzugsweise verjüngt sie sich von der Einlaufseite 4 zur Auslaufseite 5 des Reibbelags 3.
• Wie aus den 1a bis 1c zu ersehen ist, verjüngt sich auch die Nutbreite 15 von der Einlaufseite 4 bis zur Auslaufseite 5 stetig. Durch diese Ausgestaltung der Nut 1 auf der Belagoberfläche 2 des Reibbelages 3 kann ein unerwünschtes Restmoment, das auf die Bremsscheibe wirkt, vermieden werden. Restmomente werden dadurch verursacht, dass die Bremse nach Beendigung des Bremsvorganges nicht komplett lüftet, das heißt die Beläge nicht komplett freigestellt werden.
• Aufgrund der Rotation der Bremsscheibe lassen sich bei Bewegung des Kraftfahrzeuges bei einer derartigen Nutausbildung die Luft-Strömungsverhältnisse nutzen, um die Bremsbeläge beim Lösen der Bremse nach außen zu drücken und somit freizustellen und damit die Restmomente zu verringern. Der Luftkisseneffekt wird dadurch noch verstärkt und Restmomente werden somit verringert. Nach 1a bis 1c erstreckt sich die Nut 1 in Drehrichtung der Bremsscheibe bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges etwa horizontal von der Einlaufseite 4 bis zur Auslaufseite 5 über die Belagoberfläche 2. Eine Verringerung des Restmomentes wirkt sich positiv auf eine Kraftstoff- bzw. CO₂-Einsparung bei Kraftfahrzeugen aus.
• 2a bis 2c zeigen eine alternative Ausgestaltung der Nut 1 auf der Belagoberfläche 2 des Reibbelages 3. Die Nut 1 erstreckt sich dabei von der Einlaufseite 4 etwa diagonal über den Reibbelag 3 bis zur Auslaufseite 5 des Reibbelags 3.
• Die aufgrund der durch die Ausgestaltung weiter verbesserten Luft-Strömungsverhältnisse wirkende axiale Kraft, die den Reibbelag 3 von der Bremsscheibe wegdrückt, wirkt gleichmäßiger, wodurch ein definiertes Freistellen des Reibbelages 3 von der Bremsscheibe gewährleistet ist und es nicht zu einem unerwünschten Verkippen des Reibbelages 3 kommt.
• Wie 3a bis 3c zeigen, kann es auch vorgesehen sein, dass sich die Nut 1 etwa kreissegmentförmig von der Einlaufseite 4 bis zur Auslaufseite 5 über die Belagoberfläche 2 erstreckt. Auch bei dieser Ausführungsform variieren die Nuttiefe 14 und die Nutbreite 15, indem sie von der Einlaufseite 4 bis zur Auslaufseite 5 stetig abnehmen. Diese Ausführungsform ist deshalb von Vorteil, da hierdurch die Luft-Strömungsverhältnisse weiter verbessert werden.
• Durch die Verjüngung der Nuttiefe 14 und Nutbreite 15 wird beim Lösen der Bremse ein größerer Luftstaudruck zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe aufgebaut. Dadurch wirkt eine größere axiale Kraft zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe, so dass Restmomente verringert werden und der Reibbelag 3 freigestellt wird.
• In 4 ist eine Ausgestaltung der Nut 1 über die Belagoberfläche 2 des Reibbelages 3 dargestellt, die sich von der Ausgestaltung gemäß 1 dadurch unterscheidet, dass zwar die Nuttiefe 14 von der Einlaufseite 4 bis zur Auslaufseite 5 variiert, allerdings die Nutbreite 15 über die Belagoberfläche 2 des Reibbelags 3 konstant bleibt. Natürlich ist auch eine Kombination einer konstanten Nutbreite 15 mit sich diagonal oder kreissegmentförmig von der Einlaufseite 4 bis zur Auslaufseite 5 über die Belagoberfläche 2 erstreckenden Ausgestaltung der Nut 1 denkbar. Auch durch diese Ausgestaltung der Nut 1 lassen sich Luft-Strömungsverhältnisse weiter verbessern.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Nut 1 kann vorgesehen sein, dass die Nut 1 einen V-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Durch den Verschleiß des Reibbelags 3 wird die Nutbreite 15 mit V-förmiger oder U-förmiger Nut geringer. Dies wird dadurch kompensiert, dass die Kompressibilität des Reibbelags 3 abnimmt. Denn verschlissene Beläge verformen sich bei identischer Bremskraft weniger stark axial, da die Kompressibilität bei verschlissenen und somit weicheren Belägen höher ist.
• In 5 ist eine Faustsattelbremse 10 schematisch dargestellt. Bei der Faustsattelbremse 10 werden durch eine axiale Bremskraft ein innerer Bremsbelag durch einen Bremskolben und ein äußerer Bremsbelag durch einen beweglichen Sattel an eine Bremsscheibe gedrückt. Der äußere Bremsbelag wird durch die Reaktionskraft, welche durch die Bremsenfaust aufgebracht wird, mit der gleichen axialen Kraft wie der innere Bremsbelag an die Bremsscheibe gedrückt. Der innere Bremsbelag kann sich daher eher freistellen, das heißt von der Bremsscheibe lösen. Durch die Ausbildung der Nut 1 auf dem äußeren 7 und/oder inneren Bremsbelag werden die Restkraft und damit das Restmoment verringert.
• Bezugszeichenliste

1

Nut

2

Belagoberfläche

3

Reibbelag

4

Einlaufseite

5

Auslaufseite

6

Nutoberfläche / Nutoberseite

7

Äußerer Bremsbelag

8

kolbenseitiger Bremsbelag

9

Trägerplatte

10

Faustsattelbremse

11

Diagonalnut

12

Horizontalnut

13

kreissegmentförmige Nut

14

Nuttiefe

15

Nutbreite

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 4036908 A1 [0002]

Claims (9)

1. Bremsbelag für Scheibenbremsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem auf einer Belagträgerplatte (9) angeordnetem Reibbelag (3), der mit seiner Belagoberfläche (2) mit einem drehenden Reibpartner, insbesondere einer Bremsscheibe, während des Bremsvorganges zusammenwirkt, wobei in der Belagoberfläche (2) mindestens eine Nut (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (1) in Drehrichtung des Reibpartners sich von der Einlaufseite (4) des Reibbelages (3) bis zur Auslaufseite (5) über die Belagoberfläche (2) erstreckt und zur Auslaufseite (5) mit der Belagoberfläche (2) ausläuft.
2. Bremsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe (14) von der Einlaufseite (4) zur Auslaufseite (5) des Reibbelages (3) variiert
3. Bremsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuttiefe (14) von der Einlaufseite (4) zur Auslaufseite (5) des Reibbelages (3), vorzugsweise stetig, verringert.
4. Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe (14) an der Einlaufseite (4) bis etwa an eine Trägerplatte (9) des Bremsbelages (3) vorzugsweise unter Einhaltung eines Abstandes von minimal ca. 2–3 mm zur Trägerplatte (9) reicht.
5. Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (1) diagonal oder horizontal oder kreissegmentförmig von der Einlaufseite (4) bis zur Auslaufseite (5) über die Belagoberfläche (2) erstreckt.
6. Bremsbelag nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutbreite (15) von der Einlaufseite (4) bis zur Auslaufseite (5) variiert.
7. Bremsbelag nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nutbreite (15) von der Einlaufseite (4) bis zur Auslaufseite (5) vorzugsweise stetig verjüngt.
8. Bremsbelag nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (1) einen V-förmigen Querschnitt aufweist.
9. Bremsbelag nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (1) auf der dem Reibpartner zugewandten Belagoberfläche (2) des kolbenseitigen Bremsbelages (8) und/oder auf der einem Kolben gegenüberliegenden Seite (7) einer Faustsattelbremse (10) angeordnet ist.

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